暗物质-辐射散射通过暗物质载荷增强CMB相移

CMB谱声学振荡中的相移是非光子辐射以不同于光子的方式传播的特征标志，即使该辐射仅通过引力与SM粒子耦合。业已确立，与自由 streaming 辐射相比，在存在诸如中微子和暗辐射等自相互作用的非光子辐射时，CMB谱会向更高 $\ell$-模移动。在本研究中，我们进一步证明非光子辐射与暗物质的散射可以进一步放大这一相移。我们表明，当相互作用辐射的能量密度在物质-辐射相等时期附近超过相互作用的暗物质时，相移的增强与相互作用的暗物质丰度成正比，且对辐射能量密度不敏感。鉴于暗物质-辐射相互作用的存在，这种额外的相移成为具有相互作用暗扇区或中微子-暗物质散射模型的普遍特征。以中微子-暗物质散射为例，我们数值计算了放大的相移，并通过用耦合谐振子模拟光子与中微子微扰，对结果给出了解析解释。该框架也解释了自相互作用中微子与自由 streaming 中微子之间的相移差异。通过将包含中微子-暗物质或暗辐射-暗物质相互作用的模型拟合至CMB与大规模结构数据，我们验证了增强相移的存在，声学视界角 $\theta_s$ 优选区域与相互作用暗物质丰度之间观察到的线性依赖关系证实了这一点。因此，增大的 $\theta_s$ 与受抑制的物质功率谱是包含暗物质与丰富暗辐射散射模型的普遍特征。